Барьерная роль донных отложений в процессе очищения сточных вод

Казмирук Т. Н., Институт водных проблем Российской академии наук, Москва, Россия

Экологическое состояние водных экосистем определяется наличием в них различных минеральных и органических веществ, значительную часть которых составляют соединения, поступающие с поверхностным стоком, а также содержащиеся в промышленных, сельскохозяйственных и коммунально-бытовых сточных водах. Со временем под воздействием физических, физико-химических, химических и биологических процессов качество воды улучшается. В таких случаях донные отложения водоемов, находясь в непрерывной связи с водной толщей, выполняют функцию барьера в процессе очищения сточных вод.

Предполагается, что в системе «вода — донные отложения» функционируют седиментационный (механический), физико-химический и биогеохимический барьеры, способствующие снижению (на коротком расстоянии) концентрации загрязняющих веществ, поступающих в водоем со сточными водами. За счет функционирования седиментационного барьера происходит разделение взвешенного вещества не только по фракциям, но и по химическим элементам. Можно предположить, что на данном уровне проявляется механическая поглотительная способность донных отложений. В результате механической сорбции песчаные отложения поглощают мелкодисперсные фракции взвешенных веществ сточных вод, что может послужить началом техногенных геохимических ассоциаций в донных отложениях. Так, анализ донных отложений р. Эльбы показал, что они состоят на 50 % из мелкодисперсных частиц и сформировались в результате сбросов промышленных и коммунальных сточных вод. Кроме того, эти частицы способны проникать в песчаные отложения на глубину до 0,5 м. Создавшаяся ситуация самым неблагоприятным образом сказалась во время наводнения в августе 2002 г., когда в результате взмучивания техногенных илов резко ухудшилось качество воды в реке, что привело к заражению и гибели биоты (Witt, 2004).

Роль донных отложений как физико-химического барьера проявляется в результате изменения форм водной миграции химических веществ, поступающих со сточными водами в водоем, и обогащения ими тонкодисперсной и пелитовой фракции с повышенным содержанием органического вещества. Сорбционная емкость твердых частиц донных осадков определяется их литологическим составом: чем меньше дисперсность, тем выше сорбционная емкость. Окислительный слой донных отложений играет роль биогеохимического барьера на пути миграции химических веществ. Здесь накапливаются гидроксидные коллоидные соединения, также обладающие высокой сорбционной емкостью.

Индикатором процессов очищения сточных вод донными отложениями является соотношение концентраций химических элементов в седиментах и воде. Результаты наших исследований, а также работы других исследователей показывают, что барьерная роль донных отложений наиболее полно выражена в отношении тяжелых металлов и нефтепродуктов. Согласно данным Агентства по охране окружающей среды США, максимальной способностью концентрировать тяжелые металлы обладают взвешенные вещества и донные отложения, затем планктон, бентос и рыбы. Этот вывод подтверждают результаты более поздних исследований бельгийских ученых из университета г. Гент (Lasage et al, 2007). Наблюдения за накоплением тяжелых металлов в донных отложениях и тростнике проводили на водосборе Венецианской лагуны в искусственном ветланде, принимающем бытовые сточные воды. Через 4 года функционирования ветланда отмечено, что в местах произрастания тростника накопление Cu и Zn происходит только в донных отложениях, а в биомассе тростника они не обнаружены. Барьерную функцию донных отложений водоемов по отношению к нефтяным углеводородам подтверждают как лабораторные, так и натурные экспериментальные исследования. При проведении наблюдений в Амурском заливе было установ­лено, что уровень накопления нефтяных углеводородов в донных отложениях (5,3—441,0 мг/кг) в 100 раз и более превосходит их содержание в воде (0,03—0,41 мг/кг) (Черняев, 2006).